缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元的划分研究

缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元的划分研究引言据统计，全球50%以上的油藏为碳酸盐岩油藏。其储集空间以孔、洞、缝为主,其中大型洞穴是最主要的储集空间,裂缝既是主要的储集空间,也是主要的连通通道。塔河碳酸盐岩油藏属于该类油藏。目前,流动单元研究在砂岩油藏研究中已得到广泛应用,但对于缝洞型碳酸盐岩油藏来说,由于成岩后生作用、构造断裂作用、溶蚀作用等多种因素对储集空间的综合影响,使砂岩油藏的流动单元研究方法难以直接应用于缝洞型碳酸盐岩油藏。因此,针对塔河油田缝洞型碳酸盐岩地质特征,论证了该区碳酸盐岩储层渗流屏障的存在及其类型,探索性提出区别于砂岩油藏的缝洞型碳酸盐岩储层流动单元的综合研究方法,包括油藏压力趋势分析法和流体性质分析法等,并综合缝洞型储层的发育特征初步划分了该区的缝洞型碳酸盐岩流动单元。1流动单元概念及主要研究内容1.1流动单元概念流动单元概念由C.L.Hearn等于1984年首先提出,认为流动单元是纵横向上连续的、具有相似的孔渗性质和层理特征的储集带。Barr等和Amaefule等都以水力单元为基础定义了流动单元,认为流动单元是给定岩体中水力系数相似的层段。裘怿楠提出流动单元是储集层的非均质性隔挡及窜流旁通条件,使注入水沿地质结构引起的一定途径驱油,并自然形成的流体流动通道。穆龙新认为流动单元是指一个油砂体及其内部因受边界限制、不连续薄隔挡层、各种沉积微界面、小断层及渗透率差异等造成的渗流特征相同、水淹特征一致的储层单元。焦养泉（1998）认为流动单元是指沉积体系内部按地下水动力条件进一步划分的建筑块体。李阳等认为流动单元一般是指，在一定区域内以岩性或物性隔挡层为边界，内部具有相似岩石物理特征和流体渗流能力、空间上连续分布的储集体，对于内部无隔挡层的韵律性储集层视为流动单元的复合体。1.2流动单元的主要研究内容流动单元研究是以石油地质学、沉积岩石学、层序地层学、油层物理以及渗流力学等学科的理论为指导，综合应用油田静态和动态资料，以流动单元这一特殊储集体的非均质性特征和渗流特征为主线，对地下油气藏进行综合的研究和评价。综合运用地质、地震、测井和油藏工程等资料，研究流动单元的几何形态、非均质性特征、渗流特征等，建立流动单元模型，研究油田开发过程中不同流动单元的动态特征及剩余油分布规律，从而为油田的二次采油和三次采油提供坚实的地质基础。2缝洞型碳酸盐岩流动单元（缝洞单元）的概念依据塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏的开发特点,将“流动单元”定义为:周围被相对致密的隔挡层遮挡,由裂缝网络相互串通、由溶孔、溶洞组合而成的多个孤立或孔隙连通的流体流动单元。每个单元都具有相对独立的压力系统或相对一致的压力变化规律以及相似的流体性质,在生产中可作为一个相对独立的流体运动单元和油气开采的基本单位。塔河油田奥陶系储层的储渗空间形态多样、大小悬殊、分布不均,主要受岩石结构构造、成岩后生作用、构造断裂作用、溶蚀作用等对储集空间的综合影响。从储集空间的尺度来讲,缝、洞、孔多种类型变化范围大,多数小于3%;孔隙形态有溶洞、缝状、片状等;具有不规则顺缝、顺层、溶蚀带等分布特征。从该油藏上小岩样分析结果可见,致密碳酸盐岩基质(指岩石中溶蚀孔、洞、缝以外的基块部分)储集空间以粒间溶孔、晶间孔(重结晶、白云化)等为主,但都发育程度低,孔隙度均小于2%(有效孔隙度下限)、只有1%的样品基质渗透率大于1×10-3μm2(有效厚度渗透率下限)、基质压汞饱和度中值半径均小于0105μm(有效厚度压汞饱和度中值半径下限),故致密碳酸盐岩基质不具有储渗意义,只能作为储集体(或储层)的封堵体(或隔层、夹层)分隔和遮挡各类储集空间,其空间分布具有较大的随机性。测井、岩心资料证实,受后期构造运动影响,岩溶缝洞储集体中的溶蚀孔、洞以及裂缝充填现象比较严重,包括砂、泥质等机械充填和方解石、硅质等化学充填,它们的存在堵塞了流体流动的渗流通道,形成了缝洞储集体内的渗流屏障,加剧了油藏内流体的分隔性和非均质性。对于缝洞型碳酸盐岩储集体的宏观分布,人们习惯用“缝洞系统”等术语来描述从各类静态资料(例如地震剖面上的反射特征)所获得的储集体的分布和井间连通性。依据塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏的开发特点,“流动单元”是指周围被相对致密的隔挡层(体)遮挡,由裂缝网络相互串通、由溶孔、溶洞组合而成的多个孤立或孔隙连通的流体流动(水动力流动)单元。每个单元都具有相对独立的压力系统或相对一致的压力变化规律(压力连通关系)以及相似的流体性质,在生产中可作为一个相对独立的流体运动单元和油气开采的基本单位。流动单元的概念强调了缝洞储集体内流体的连续性,与地质研究的地层对比和地震横向预测所得到的储集体连通性有着质的区别。平面、剖面上连续的地震异常区(储集体),实质上可能是具有多个压力体系的缝洞单元体的集合响应。按储层空间结构特点和其渗流特征,将流动单元归纳为4种类型:(1)裂缝型(a)、(2)裂缝—孔隙型(b)、(3)裂缝—溶洞型(c)、(4)复合型(d)。图2-1缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元（缝洞单元）类型模式图3塔河碳酸盐岩缝洞型油藏裂缝特征塔河油田奥陶系断裂发育（图3-7），通过对17口井岩心的观察描述，以及对井下测井成像资料的直接观测，研究区奥陶系裂缝及微裂缝密集发育，多组系交错切割。常用来描述裂缝发育状况的参数包括裂缝倾角、走向、长度、体积密度等。这些裂缝特征参数，是定量描述裂缝特征和裂缝发育状况的指标。在岩心观察、成像测井识别裂缝的过程中，可对这些参数进行详细描述。图3-7(1)裂缝的倾角通过岩心观察，将裂缝倾角划分为3个区间，0～30°为低角度裂缝，30°～70°为中角度裂缝，70°～90°为高角度裂缝，塔河油田裂缝主要以高角度裂缝为主（图3）。(2)裂缝的走向裂缝的走向在确定裂缝的发育机制及发育期次方面具有非常重要的意义，目前在没有定向取心井的情况下，成像测井成为确定裂缝走向的一个主要手段。成像测井资料显示，本区裂缝走向主要发育4组：北东东向、北东向、北西向、近南北向。其中TK426、TK458井以北东东向为主，TK458井次发育南北向；TK429井以北西向为主，北东、北东东向次之；TK457井以北东向为主（图3-8）。图3-8(3)裂缝的长度(4)裂缝体积密度裂缝体积密度是指单位长度体积的岩心上，所有裂缝的面积之和。4缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元（缝洞单元）和储集体的识别与划分的原理与方法缝洞型碳酸盐岩油藏，以岩溶作用形成的缝洞为主。由于裂缝发育程度和溶蚀作用的差异很大，平面上油井产能的变化也比较复杂：在高产油藏上，高产块与低产块同时并存，低产区块中有高产井，高产区块中有低产井，油井产能相差悬殊，采油指数相差数百倍。图4-1与碎屑岩油藏有很大的不同（如图4-1），缝洞型碳酸盐岩油藏属于改造型油藏，其烃原岩以化学沉积为主，经后期多次构造运动、溶蚀作用改造形成，致使其岩石及物性特征在垂向上的变化规律不强，储层空间往往由孔、洞、缝穿层组合，具有储层连通网络多变、裂缝切割展布规律复杂、流体性质多变的特点。因此，依据沉积特征、岩石物理参数、岩石测井学等方法划分和研究缝洞型碳酸盐岩储层显然有所不适。陆相碎屑岩储层研究主要是建立在静态储层沉积相和参数研究的基础上的，但对缝洞型碳酸盐岩储层而言，由于多期岩溶作用改造，很难求取孔隙度、渗透率等参数。4.1缝洞型碳酸盐岩油藏储集体的识别标志岩溶作用的结果除产生大量的缝孔洞外，还有一系列的伴生标志。塔里木盆地北部奥陶系碳酸盐岩经受岩溶作用改造的时间长，奥陶系碳酸盐岩受岩溶作用改造强烈，岩溶现象丰富，岩溶作用标志明显。4.1.1缝洞型碳酸盐岩油藏储集体实钻录井特征钻井录井过程中出现严重井漏、放空和钻时降至极低是识别大型缝洞型储集层的标志，同时也是认识岩溶作用的标志。统计表明，塔河油田奥陶系涉及放空和严重井漏的范围较大，涉及到塔河油田的各个区块。结合测井特征，可以勾勒出溶洞穴分布。（图4-2）图4-24.1.2缝洞型碳酸盐岩油藏储集体岩心特征岩心上岩溶作用主要表现为：（1）不规则裂缝系统内及高角度构造—风化裂隙内被方解石及泥质充填；（图4-3）图4-3（2）缝合线或斜交层面缝合线发生裂开，扩大溶蚀，形成不规则缝洞及其缝洞内被方解石及沙泥质填积；（图4-4）图4-4（3）小型溶蚀孔洞被方解石及沙泥质填充（4）大型孔洞穴内塌陷角砾岩，洞穴内暗河沉积角砾岩和沙泥岩沉积；（5）不规则网状裂缝系统发育，并可使岩石呈角砾状构造；（6）裂缝壁显紫红色或褐黄色，缝洞内方解石充填呈紫红色或褐黄色；（7）洞穴内方解石充填：钟乳石沉淀物、巨晶方解石沉淀物。4.1.3缝洞型碳酸盐岩油藏储集体成像测井响应特征（1）塔河油田奥陶系成像测井图像模式井壁成像测井以数据量大、分辨率高、所携带的地质信息多、成像直观、精细等特点在裂缝评价、岩性识别、构造分析、沉积相研究等方面具有独特的优势根据FMI图像解释，可以得出裂缝；断层；底层界面；层理类型；特殊沉积构造；砾石和角砾；充填溶洞与泥质团块、条带、结核等地质信息。通过成像测井与常规测井、岩心分析等资料的综合对比分析，共总结出15种塔河油田奥陶系成像测井图像模式，如图4-5：图4-5（2）奥陶系成像测井储层类型的划分与识别在建立成像测井图像模式的基础上，研究了成像测井的地质模型，进而研究利用成像测井对奥陶系储层特征进行划分与识别。依据测井资料，，塔河油田奥陶系鹰山組和一间房组按成因可划分为如下五类：大洞穴及洞穴填充物储层；单产状裂缝溶蚀扩大小溶洞储层；溶蚀裂缝储层；一间房组溶蚀空洞型储层；一间房组溶蚀孔-裂缝型储层。4.1.4缝洞型碳酸盐岩油藏储集体常规测井响应特征（1）裂缝-空洞型和孔洞缝复合型储层测井响应特征：自然伽马值小于10API；深浅侧向电阻率一般小于400.0，呈正幅度差，声波时差和中子增大，密度降低。（图4-6）图4-6（2）裂缝型和裂缝-溶洞型储层的测井响应特征：双侧向电阻率呈中—较高值，且呈正幅度差；井径变化不大；自然伽马值低；三条孔隙度略有增大。（图4-7）图4-7（3）裂缝型或溶蚀空洞型储层测井响应特征：电阻率变化大，一般为高阻显示，深浅侧向电阻率曲线基本重叠；井径接近钻头直径；自然伽马显示为低值；三条孔隙度接近骨架值。4.1.5缝洞型碳酸盐岩油藏储集体地球物理特征地震剖面最典型的特征是反射面下凹变形，内部为弱反射特征（图4-8）与上覆地层挤压变形，溶洞对地震波的吸收特征对应，强振幅变化呈带状分布，地震测井约束反演中低波阻抗呈带状分布。图4-84.2缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元（缝洞单元）识别与划分的原理及方法4.2.1缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元（缝洞单元）的划分原则在对缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元（缝洞单元）概念及对缝洞系统研究的基础上，综合利用各类动静态资料，提出如下缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元的划分原则。（图4-9）图4-9（1）纵向上单井生产层段（产液剖面的出液段）间存在厚度较大的致密隔挡层，出液性质和生产特征在纵向不同层段具有明显差异，则为不同的缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元。（2）位于同一岩溶残丘构造，地震振幅变化率或地震波形特征相似、具有同一流体动力系统的区域为同一缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元。不同缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元之间相互分隔或储渗分布差异明显。（3）适应油田开发调整的需要。缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元是依据水动力条件和储集体特征，在缝洞系统划分的基础上对储集体进行次一级划分。单元内储集体性质具有相关性，具有相同的流体动力条件，而与单元外储集体无关联性。缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元是通过边界处储集体的突变来描述的，缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元的发育分布主要受构造、断裂、裂缝和岩溶作用的控制。缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元具体划分依据如下：（1）不同缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元具有不同的流体动力系统，缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元内具有同一流体动力特征的储集体即为同一缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元。（2）缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元内部与不同缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元之间的连通性有很大差异，在连通性研究的基础上，确定缝洞型碳酸盐岩油藏流动单元的